Методическая разработка урока "Коэффициент трения"

Современный урок физики в школе

методическая разработка урока

Коэффициент трения

Тема программы: Силы в механике.

Тема учебного занятия: Коэффициент трения.

Форма организации процесса обучения: урок.

Тип учебного занятия: изучение нового материала.

Цель урока: создание условий для учебной деятельности обучающихся по вычислению коэффициента трения сыпучих материалов.

Задачи урока.

Образовательные: научить раскрывать физический смысл коэффициента трения, вычислять коэффициент трения, распознавать ситуации, в которых проявляется коэффициент внешнего трения, коэффициент внутреннего трения.

Развивающие: содействовать развитию логического мышления, интуиции, пространственного воображения, волевых качеств личности обучающихся.

Воспитательные: обеспечить условия для воспитания положительного интереса к изучаемому предмету, расширяют кругозор, вносят разъяснения в определённые жизненные ситуации.

Основные понятия: Трение, сила трения, коэффициент внешнего трения, коэффициент внутреннего трения, угла естественного откоса, сыпучесть.

Используемые педагогические технологии: элементы системно - деятельностного подхода.

Основные методы и приёмы обучения: эвристическая беседа, экспериментальный, объяснительно - иллюстративный метод, методы контроля и взаимоконтроля.

Образовательные ресурсы: Учебник: Физика. 10 класс. Мякишева Г.Я., Буховцева Б.Б., Сотского Н.Н. (под ред. Парфентьевой Н.А.) – М.: Просвещение, 2021. Физика. 10 класс Электронное приложение (DVD) к учебнику Мякишева Г.Я., Буховцева Б.Б., Сотского Н.Н. (под ред. Парфентьевой Н.А.) – М.: Просвещение, 2021.

Презентация по теме «Коэффициент трения»

Материально – техническое оснащение учебного занятия: компьютер, проектор, металлическая линейка, набор грузов, пружина, резиновая лента, пластилин.

Количество часов: 1ч.

План – конспект учебного занятия

1.Организационный момент (1 мин):

Преподаватель: Добрый день. Сегодня у нас урок- исследование. На занятии мы будем пользоваться листком продвижения по теме. Посмотрите, пожалуйста, на каких этапах вы будите себя оценивать. Основные критерии. Запишите свою фамилию. Помогать на сегодняшнем уроке будут два лаборанта Анжела и Лиза.

2. Подготовка к восприятию нового материала: Мотивация к учебной деятельности (3 мин)

Лаборант 1: Строитель - одна из древнейших профессий. Ещё со времён первобытной общины человек строил кров, чтобы защититься от стихийных бедствий, палящего солнца, пронизывающего ветра.

На территории нашей Родины найдены остатки жилища, сооруженного 25 тыс. лет назад, основанного на каркасе из черепов мамонтов, челюстей и берцовых костей разных животных. Самые ранние каменные постройки, а также развалены гигантских стен из кирпича обнаружены на юге Африки – они строились 57 тыс. лет назад.

В строительной практике человека долгое время оставались в качестве основных материалов камень, песок, глина, дерево.

Лаборант 2: А вы знаете, что техник - строитель за время учёбы в нашем колледже приобретает профессиональные навыки и знания в области технологии и организации строительства, учатся самостоятельно составлять проектно-сметную документацию, познают экономику, организацию труда, планирование работы, управление коллективом, законодательные и нормативные документы в области строительства и жилищно-коммунального хозяйства.

И сегодняшний урок надеемся, будет полезен.

Преподаватель: А начнём мы урок с видеоролика из сети интернет. Просмотр видео ролика.

Преподаватель Почему в не полной бутылке песок мешает скатиться? Казалось бы, что не заполненная бутылка должна скатываться быстро, но мы видим обратное.

Студенты: затрудняются ответить.

3. Изучение нового материала(6 мин)

Преподаватель: Чтобы ответь на вопрос, а также определить тему урока мы с вами проведём учебное исследование. Но какого явления или величины мы попробуем сейчас определить. Внимание эксперимент: высыпание через воронку пшена и соли.

Рис1. Рис2

Давайте попытаемся объяснить увиденную картину? Студенты: рассыпание продуктов по столу мешает сила трения между частицами.

Преподаватель:Вы не задумывались, что одни продукты при высыпании образуют круглую горку, другие конус, почему? Студенты: У одних продуктов сила трения больше, у других меньше.

Преподаватель: Как вы думаете, почему я объединила продукты питания и строительные материалы?

Обучающиеся : продукты питания и строительные материалы обладают одним и тем же механическим свойством-сыпучестью.

Преподаватель: что такое сыпучесть и как это свойство связанно с трение?

Обучающиеся: затрудняются ответить.

Преподаватель: Где же мы в жизни встречаемся с трением?

Обучающиеся:В повседневной жизни силы трения играют как положительную, так и отрицательную роль, причем их проявления разнообразны. На использовании статического трения основаны скрепление деталей при помощи гвоздей, движение человека и автомобиля по земной поверхности. Можно представить, какие возникли бы трудности при ходьбе, если бы не существовало сил статического трения (например, при гололеде). Вообще говоря, если бы не было сил трения, невозможно было бы удержать любой предмет в руке. Во многих случаях роль сил трения наоборот отрицательна. В первую очередь это касается деталей разных машин и механизмов, которые находятся в соприкосновении. В технике для уменьшения влияния сил сухого трения между поверхностями вводят смазку (вязкую жидкость, создающую тонкий слой между твердыми поверхностями). Преподаватель: Зачем нам, как бедующим специалистам знать проявления силы трения?

Обучающиеся: затрудняются ответить.

Преподаватель: Если я вас правильно поняла, то вам бы хотелось выяснить следующее:

-Выяснить какую величину будем определять экспериментально при изучении трения и вычислить её.

-Выяснить,как связана данная величины свойством сыпучести.

- Установить связь изучаемого материала со специальностью строителя. Преподаватель: Для того чтобы ответить на все вопросы давайте преступим к учебному исследованию.

1. Учебное исследование (12мин.) Организует работу в группах.

Приложение №1

1. Разбор результатов деятельности (14 мин)

Преподаватель: От каждой группы приглашается по одному ученику для защиты лабораторного опыта по шаблону.

Вариант ответа учеников:

Лабораторный опыт № 2.

Тема: «Определение коэффициента внутреннего трения»

Цель: Исследовать коэффициента внутреннего трения с помощью естественного угла откоса сыпучих строительных материалов Оборудование: строительный материал, коробка прямоугольной формы, транспортир, маркер.

Ход работы:

В коробку прямоугольной формы помещаем определённое количество сыпучего материала (песок, отсев, мелкие камушки и

т.д.).

Перемещаем перегородку, открывая поперечное щелевое отверстие, через которое высыпается часть материала.

Рис 3.

α

С помощью линейки, транспортира определяем угол естественного откоса.

Вычисляем коэффициент внутреннего трения частиц по формуле μ = tg α.

Измерения проводим для случаев, когда масса материала равна 0,2 кг и 0,3 кг. Результаты вносим в таблицу, делаем выводы о зависимости коэффициент трения от массы. Результаты: результаты представили в виде таблицы.

Выводы: коэффициента внутреннего трения не зависит от массы, а зависит от угла естественного откоса. Угол естественного откоса – это угол который образуется в результате свободного падения сыпучего материала на горизонтальную плоскость. Преподаватель: Итак, скажите пожалуйста какова тема нашего занятия, цель нашего занятия?

Обучающиеся: 1) «Коэффициент трения»

2) исследовать коэффициент внутреннего и внешнего трения сыпучих строительных материалов.

1. Первичное закрепление нового материала (5мин.) Преподаватель: Почему в не полной бутылке песок мешает скатиться?

Обучающиеся: Скатыванию бутылки препятствует сила внутреннего трения песка, которая максимально проявляется, когда песок в незаполненной бутылке расположится горизонтально (в разрезе образуя сегмент). В первый момент песок в центральном сечении образует круг, и сила трения, как и в полностью заполненной бутылке, не возникает. Песок просто вращается вместе с бутылкой. По мере скатывания бутылки песок равномерно распределяется по ее длине и затормаживает скатывание.

1. Итог урока (2 мин)

Сегодня на уроке мы познакомились ещё с одним проявлением силы трения. Эта сила очень важна для нас. Благодаря ей, мы можем ходить, лежать, стоять, принимать пищу, держать предметы в руках, т.е. жить той жизнью, к которой мы привыкли. Сила трения возникает при соприкосновении одного тела с другим и препятствует его движению. На основе лабораторного опыта выяснили, что коэффициент трения — это величина, которая характеризует способность веществ скатываться по наклонной поверхности, состава и свойств контактируемых материалов. Различают трение внешнее и трение внутреннее. Под внешним понимают трение между поверхностями различных тел, под внутренним — сопротивление взаимному перемещению частиц.

Рефлексия(2 мин)

Преподаватель: Пожалуйста, дополните фразу….?

• Мне показалось интересным..;

• Заставило задуматься…;

• Возникли трудности при…

Благодарю вас за хорошую работу, молодцы, очень хорошо потрудились, внимательно слушали и принимали активное участие в работе.

Литература, интернет-ресурсы:

1. Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский «Физика-10» ФГОС, М.: Просвещение, 2015;

2. Бойцов Ю.А. Исследование внутреннего и внешнего трения сыпучих грузов: Метод.указания к лабораторной работе для студентов спец. 170600. – СПб.: СПбГУНиПТ, 2003.

3. Причины трения http://900igr.net/datai/fizika/Sila-trenija-vprirode/0004-001-Prichiny-vozniknovenija-trenija-1.SHerokhovatost-soprikasajuschikhsja.jpg

4. Трение скольжения, качения http://www.homeedu.ru/user/f/00001491/Les_18N/Pict_18/kniga_kar1.jpg

Приложение№1

Приложение№2

Рабочий лист №1 «Описание эксперимента»

Оборудование: строительный материал, тонкий капилляр, лист бумаги, линейка, коробка прямоугольной формы, транспортир, маркер.

Описание эксперимента № 1: Определение естественного угла откоса сыпучих строительных материалов.

1.В коробку прямоугольной формы помещаем определённое количество сыпучего материала (песок, отсев, мелкие камушки и т.д.).

2.Перемещаем перегородку, открывая поперечное щелевое отверстие, через которое высыпается часть груза. Рис1

3.С помощью линейки, транспортира определяем угол естественного откоса. α

4.Вычисляем коэффициент внутреннего трения частиц по формуле μ = tg α

Описание эксперимента №2: Определение коэффициента внутреннего трения методом «насыпной горки».

1.Насыпаем горку (песок и др. материала) на лист бумаги. Образуется конусовидная горка.

2.Измеряем высоту конуса, аккуратно вставив капилляр в его вершину, и радиус окружности основания конуса, очертив ее на бумаге.

3.Рассчитываем коэффициент трения песчинки о песчинку по формуле: μ = tgα = h/R

4. Результаты вносим в таблицу и делаем выводы.

Описание эксперимента № 3:Определение коэффициента внешнего трения сыпучего материала поверхность.

1.Рамку прямоугольной формы помещают на планку из дерева, закреплённую на штативе.

2. В полую рамку прямоугольной формы помещаем определённое количество сыпучего материала (песок, мелкие камушки и т.д.).

3.Медленно наклоняют планку, меняя угол наклона, пока рамка с грузом не начнёт скользить. Угол, при котором начнётся движение рамки с грузом по планке и есть угол внешнего трения сыпучего материала о поверхность.

4.Определяем коэффициент трения сыпучего материала о поверхность по формуле^′ = tg φ

Рис.2

Результаты вносим в таблицу , делаем выводы.

Рабочий лист №2 «Справочный теоретический материал»

Трибология это раздел физики, занимающийся исследованием и описанием контактного взаимодействия твёрдых деформируемых тел при их относительном перемещении. Областью трибологических исследований являются процессы трения, изнашивания и смазки.

Сила,возникающая при движении одного тела по поверхности другого, приложенная к движущемуся телу и направленная против движения, называется силой трения.

Сила трения есть сила сопротивления движению соприкасающихся тел друг относительно друга.

Виды трения: трение покоя, трение скольжения, трение качения, сопротивление среды.

F_тр = μN, где μ- коэффициент трения, определяется экспериментально, N- сила нормальной реакции. Коэффициент трения μ – величина безразмерная. Обычно коэффициент трения меньше единицы. Он зависит от материалов соприкасающихся тел и от качества обработки поверхностей

Виды коэффициента трения: коэффициент внутреннего трения, коэффициент внешнего трения.

Коэффициент внутреннего трения характеризует силу трение между частицами вещества.μ

Коэффициент внешнего трения характеризует силу трения одного вещества о поверхность другого вещества. τ

Угол естественного откоса α- это угол, образованный горизонтальной плоскостью и плоскостью естественного откоса сыпучего материала или угол между плоскостью основания и образующей конуса, получающегося при свободном падении сыпучего материала на горизонтальную плоскость.

Сыпучесть- это способность вещества скользить или скатываться по наклонной поверхности.

Угол естественного откоса характеризует сыпучесть материала. При отклонении от шарообразной формы вещества сыпучесть уменьшается.

Тангенс угла α есть коэффициент внутреннего трения сыпучего материала.

μ = tgα=h/R Рис. 3.

Коэффициент внешнего трения равен тангенсу угла наклона поверхности по которой скользит груз.k^’ = tgφ

Трибологические свойства сыпучих материалов лежат в основе выбора, проектирования и эксплуатации складов, бункеров, транспортирующих и погрузочно- разгрузочных устройств.

Угол естественного откоса необходимо знать при проектировании складов, бункеров, транспортирующих и погрузочно- разгрузочных устройств, так как соотношения размеров основания и высоты массива вещества, зависит от величины этого угла.

Коэффициент внешнего трения сыпучих материалов о поверхность различных конструкций также необходимо знать при проектировании вспомогательного оборудования (бункеров, воронок, плужковых сбрасывателей ит.п.) транспортирующих устройств.

Сыпучий материал удерживается на транспортирующих устройствах благодаря коэффициенту внешнего трения покоя .Исходя из значения коэффициента трения, между сыпучими телами и дном платформы автомобиля-самосвала конструктору автомобиля заранее задается максимальный угол подъема платформы автомобиля при разгрузке. При этом учитывается сыпучий материал, имеющий наибольший коэффициент трения с дном платформы самосвала, из тех материалов, для перевозки которых предназначается автомобиль

В сельском хозяйстве: смесь зёрен (овса и проса) медленно высыпается из бункера на движущуюся бесконечную ленту, расположенную под углом к горизонту. Угол наклона ленты подбирается так, чтобы зёрна овса удерживались на ней силой трения и увлекались вверх, а зёрна проса, у которых коэффициент трения с материалом ленты меньше, чем у зёрен овса, скользили по ленте вниз. В результате зёрна овса и проса ссыпаются с разных сторон «ленточного сепаратора».

Рабочий лист №3 Методический материал

« Вариант возможной таблицы»

«Варианты возможных формулировок выводов»

Коэффициент внутреннего трения не зависит от…

Коэффициент внутреннего трения увеличивается в зависимости…

Разный коэффициент внутреннего трения говорит о…

Результаты работы можно учитывать при расчёте…

Рабочий лист №4 «Продвижение по теме»

Фамилия И.О.____________________

№2 На рисунке изображена схема транспортирующего устройства. Под каким углом, относительно горизонта, спроектировано устройство? этот угол?

№3 Пользуясь таблицей, укажите угол естественного откоса песка мелкого. Что он характеризует. Вычислить коэффициент внутреннего трения. Справочный материал стр6.

№4 Установленная на транспортёре резинотканевая шевронная лента обеспечивает стабильное перемещение груза по наклонной плоскости с углом наклона 30°. Что означает это высказывание? Справочный материал стр7.рис1.

№5Пользуясь рисунком определите коэффициент внутреннего трения. Справочный материал стр7.рис2

№.6 С каким максимальным ускорением может двигаться автомобиль, если коэффициент трения равен 0,3?

Сборник задач по физике Рымкевич А. П. стр. 38 № 247.